賽車發動機懸置系統動剛度分析
畢業論文，多少人心中的痛，過來人都體會過那種滋味。為了表示小編對畢業生們的無限同情，在這里直接送上電大畢業論文一篇!
【摘 要】：在設計開發新的汽車過程中，汽車的安全性和舒適性越來越受到重視。發動機主要是通過發動機懸置與車身相連接的，發動機懸置是發動機傳遞振動和噪聲到車身的主要路徑。賽車的速度比一般的民用車高，速度越快意味著在發動機振動越明顯，越容易引發車架與發動機共振。因此，對發動機懸置動剛度分析可以驗證結構的疲勞壽命，保護動力總成。
回顧汽車動剛度分析的研究現狀，使用仿真數據對汽車的剛度進行分析并與目標值進行對比已成為汽車設計工作的一個趨勢。本課題將運用有限元數值模擬技術，分析對比不同發動機懸置的剛度性能，選擇合適的發動機懸置系統，從而提高發動機懸置系統的動力特性和壽命。這樣的研究工作將具有一定的借鑒和參考價值。
【關鍵詞】：方程式賽車，懸置系統，動剛度，有限元
1 Formula SAE_China簡介
中國大學生方程式汽車大賽(簡稱“FSAE”)是一項由高等院校汽車工程或汽車相關專業在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規則和賽車制造標準，在一年的時間內自行設計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優異表現的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環節的比賽。目的是培養學生的設計制造能力、成本控制能力和團隊溝通協作能力，使學生能夠盡快適應企業需求，為企業挑選優秀適用人才提供平臺;同時通過活動創造學術競爭氛圍，為院校間的交流提供一個平臺，進而推動學科建設的提升。
在比賽過程中，參賽隊員能充分將所學的理論知識運用于實踐中。同時，還學習到組織管理、市場營銷、物流運輸、汽車運動等多方面知識，培養了良好的人際溝通能力和團隊合作精神，成為符合社會需求的全面人才。
2 國內外研究現狀
2.1 賽車懸置系統
2.1 結構要求
一般情況下賽車的懸置系統必須滿足的要求：
動力總成的重量盡可能的均勻分配在每個懸置點上;
承受賽車行駛過程中作用于動力總成上的動態力，例如賽車加速或減速時，在動力總成上會產生的縱向動態力;賽車轉向時，動力總成承受的橫向動態力;
承受動力總成產生的往復慣性力及力矩;
隔離由于發動機激勵而引起的車架的振動;
隔離輪胎經過路肩引起的車身振動傳遞到動力總成
2.2 懸置系統研究現狀
賽車的設計向著提高發動機功率和輕量化的方向發展,采用新型高強度輕質材料和輕量化的設計，讓賽車的整車質量不斷下降。然而發動機的質量的卻難以減輕, 導致發動機在整車質量中所占比例有所上升。所以發動機是主要的振源，對賽車的性能有重要的影響。
結合民用汽車的技術，國內外汽車主采用的幾種懸置形式：
彈性元件式，這種結構的發動機懸置的減振和降噪是通過橡膠元件彈性變形來達到的，結構簡單但是橡膠元件的阻尼特性是固定的。
充液式，沖液的懸置尤如懸架的減振器那樣, 帶有阻尼節流和壓縮，可以吸收和減少發動機傳給車身的振動和噪聲。
主動控制式，一種能產生和發動機傳來振動相反波長的振動裝置,懸置中都裝有電子控制模塊的振動裝置可以主動抵消發動機的振動。
結合民用汽車的技術，國內外主要采用了以下幾種技術：
改進結構設計，通過合理設計各種結構形式、加大連接區域的面積、加內襯板、或者加強肋。使懸置系統的動剛度提高。
應用CAE技術，進行數值模擬分析，縮短開發時間，減少實驗費用。
采用新材料，在相同的工況下，懸置系統的剛度更好，使用壽命更長。
如圖1-1為長安汽車北京研究院懸置系統，使用實車進行試驗。
圖1-1.實車試驗
如圖2-1為通過改進結構，增加加強肋、加大連接區域的面積、在結構上布置了梁結構，并運用有限元模擬。
圖2-1.有限元模擬
整車NVH性能的有限元分析方法，其優點在于可以在沒有實物樣車的工程化設計階段，較為準確地評價整車的NVH性能，并提出改進方案，盡可能在設計階段解決車身結構及包裝上可能存在的NVH 問題，大大的減少開發成本。
3 懸置系統仿真有限元法
隨著計算機技術和非線性有限元程序的發展, 采用有限元法使懸置系統模擬的結果精度越來越高。因此, 使用仿真數據對汽車的剛度進行分析并與目標值進行對比已成為汽車設計工作的一個趨勢。動剛度表征了結構在動載荷下抵抗變形的能力，動剛度不足將對車身疲勞壽命和整車乘坐舒適性產生非常不利的影響。懸置系統一般采用頻率響應分析來實現對結構的動態特性分析,預測結構的持續動力特性,驗證設計能否克服共振、疲勞及其受迫振動引起的結構破壞，也是計算線形結構在穩態振動激勵下的響應的方法.單自由度系統是振動分析的基礎，在進行復雜系統特殊模態振動分析時，通常構造該系統的單自由度模型。如圖3-1為某副車架有限元模型。
圖3-1.某副車架有限元模型
通常，我們對發動機懸置進行加速度傳遞函數響應分析，引起某個頻率的響應峰值的原因是該頻率下的剛度過低，但并不一定是該接附點的附近局部區域的剛度過低引起，因此需要利用直接頻率響應分析、靈敏度分析等方法找到引起該響應峰值的剛度較低的部件或局部區域，通過優化改進該部件或局部區域的剛度來降低該響應峰值。 影響懸置系統數值模擬的主要因素有：單元尺寸、焊點間距、接區域的面積等。如圖4-1所示優化前后的頻率響應曲線，優化后成效明顯，不僅僅提高了關注頻率范圍內懸置點動剛度，也大大改善了高頻段的動剛度。
圖4-1.動剛度結果對比
4 總結
借鑒以上的研究技術，結合懸置系統的結構要求，建立不同的懸置系統結構模型，對結構進行有限元分析，根據分析結構選出最優方案，再對最終方案進行優化，直至關注頻率范圍內懸置點動剛度達到預期要求。
為此，本課題將從以下方面進行研究：
(1)利用UG三維建模軟件建立不同結構的懸置系統模型。
(2)利用HyperMesh前處理軟件建立整車有限元模型。
(3)利用Nastran求解器進行仿真求解。
(4)分析對比不同結構懸置系統的頻率響應曲線。
(5)選出最優方案，進行優化處理，再次進行仿真分析。
(6)得出結論。
本課題的研究目標就是對大學生方程式賽車的發動機懸置系統進行結構設計，針對所設計的懸置系統再進行整車頻率響應仿真分析，選取最優的設計方案，驗證結構能否克服共振、疲勞及其受迫振動引起的結構破壞。有可能的話，還可以選用不同的材料進行分析，達到輕量化設計的結果。
由于目前國內對汽車懸置系統動剛度分析的研究還處于發展階段，因此本課題研究對方程式賽車懸置系統動剛度相關的研究工作具有一定的借鑒和參考價值。
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